خانه » کربن جاکوبی

کربن جاکوبی

  • کربن جاکوبیعنصر کربن جاکوبی به دو صورت آلوترپی بلوری با نام‌های الماس و گرافیت وجود دارد.کربن جاکوبیی که از چوب سخت پوسته نارگیل ساخته می‌شوند
  • در صنایع شیمیایی یا در مواردی دیگر از زغال سنگ ساخته می‌شود، کربن جاکوبی صافی و کربن جاکوبی اکتیو نامیده می شود.
  • بر اساس مطالعات حاصله ازاشعهX ثابت شده است که زغال چوب دارای ساختمانی شبیه گرافیت است.
  • لکن از نظر بلوری بخوبی توسعه نیافته است که می توان آن را ناشی از معایب ساختمان بلوری و زیاد بودن سطح دانست
  • باید توجه داشت که در حالت فعال زغال چوب جاذب گازها مایعات و جامدات است و فعال کردن زغال بوسیله بخار در دمای ۹۵۰ درجه سانتیگراد صورت می پذیرد
  • در این حال هیدروکربن جاکوبی های جذب شده از سطح برداشته شده واز آن جدا می شود .

 

ذکر این نکته ضروری به نظر می رسد که

خاصیت جذب کنندگی زغال از سطح زیاد آن نشأت می گیرد و یک سانتیمتر مکعب از زغال دارای سطح ۱۰۰۰ متر مربع است.

ماکروپورها

  • حفره های ورودی یا عوامل اصلی جذب و مزوپور ها حفره های موقت گذرا و میکرو پور ها حفره های اصلی ذخیره سازی می باشند
  • معمولاً ماکرو پرو ها به مقدار خیلی کم در حدود ۵% در تشکیل سطوح ویژه داخلی دخالت می کنند
  • و این حفره ها که بعنوان گذرگاه عمل می نمایند موجب تسهیل در پدیده جذب در سطوح داخلی کربن جاکوبی اکتیو می شوند
  • در حالیکه حفره های مزو نقشی در حدود ۹۵% در پدیده سطوح ویژه جذب را دارا می باشند و محل اصلی ذخیره مواد جذب شده می باشند.
  • بطور متوسط ۴۰ درصد از کل حفره ها مربوط به حفره های متوسط می باشد. توزیع قطر حفره ها در یک نمونه کربن جاکوبی اکتیو بستگی به نوع ماده اولیه و روش تولید کربن جاکوبی اکتیو دارد.
  • جذب سطحی مولکولها عموماً درحفره های ریز و متوسط رخ می دهد و حفره های بزرگ به عنوان مجراهایی برای عبور ماده جذب شونده و رسیدن آن به حفره های ریزتر به کار می آیند.

فرآیند جذب توسط کربن جاکوبی اکتیو شامل ۳ مرحله ذیل می باشد:

  • مواد جامد با یک نیروی وندروالسی و پیوند دو قطبی لحظه ای جذب سطوح بیرونی کربن جاکوبی اکتیو می شوند
  • مواد جامد به داخل حفره ها به حرکت در می آیند
  • مواد جامد جذب دیواره های داخلی حفره های کربن جاکوبی اکتیو می شوند.

چون مواد کربن جاکوبی اکتیو یک ماده آلی داری قدرت و سرعت جذب بسیار بالاتری نسبت به ترکیبات معدنی می‌باشد.

کربن جاکوبیمواد اولیه برای تهیه کربن جاکوبی اکتیو

تکنولوژی امروز، تولید انبوه کربن جاکوبی‌های اکتیو با مشخصات مناسب را جهت کاربردهای ویژه طلب می کند بطور کلی کربن جاکوبی اکتیو ی که بطور عمومی کاربرد دارد و مورد استفاده می شود

باید دارای ظرفیت جذبی کافی، استحکام مکانیکی و خلوص شیمیایی باشد

علاوه بر همه این ویژگیها این ماده باید

  • با قیمتی پایین تولید شود اما چندین دهه است که کربن جاکوبی اکتیو بصورت تجاری از مواد اولیه کربن جاکوبی داری تهیه می شود که در زیر به آنها اشاره شده است.
  • تورب (کود گیاهی) ، زغال سنگ ، لیگنیت (زغال سنگ قهوه ای) ، چوب ، زغال چوب ، لیگنین ، کک نفتی ، زغال استخوان ، زغال سنگ آنترا سیت ،
  • قهوه ، ملاس ، پوسته برنج ، کربن جاکوبی سیاه (دوده)، کلپ (کتانجک) ، شکر ، خاک اره ، با گاس نیشکر ، کاه ، لاستیک های مستعمل اتومبیل ،
  • زغال سنگ قیری ، پوسته نارگیل ، پوسته بادام ، پوسته فندق ، هسته هلو ، آسفالت ، کربیدهای فلزی ، زائدات محتوی کربن جاکوبی حاصل از فاضلاب ،
  • خاکستر ، پلی وینیل کلراید، زائدات سایر پلیمر ها ، پوسته پسته ، پوسته گردو .
  • از میان مواد اولیه نام برده در بالا که تا کنون بیشترین کاربرد را در تولید تجاری کربن جاکوبی اکتیو داشته اند ، زغال های
  • سخت بیشترین کاربرد را در تولید تجاری کربن جاکوبی اکتیو داشته اند ، زغال های سخت بیشترین سهم را به خود اختصاص داده‌اند .
  • در حال حاضر آنها ماده مناسب برای تولید ۶۰درصد از کربن جاکوبی های اکتیو به حساب می آیند و نقش آنها بطور قابل ملاحظه ای از سال ۱۹۴۵ افزایش یافته است.

کربن جاکوبی نحوه جذب کربن فعال در فیلتر کربنی

جذب در زغال فعال شده دارای 3 مرحله است:

  1. تماس ذرات آلاینده محلول در مایع ( آب) با ذرات زغال فعال شده
  2. پخش شدن ذرات آلاینده در شبکه متخلخل زغال فعال شده
  3. جذب ذرات آلاینده به زغال فعال شده و به وجود آمدن یک پیوند برگشت ناپذیر

این 3 مرحله همزمان رخ می‌دهند.

کربن جاکوبیانواع زغال فعال

  •  زغال فعال پودری (PAC)
  • زغال فعال گرانولی(GAC)
  • زغال فعال کروی
  • کربن تزریق شده
  • کربن روکش شده با پلیمرها

کربن جاکوبیمصارف و کاربرد کربن جاکوبی

زغال فعال دارای کاربردهای زیادی است، از جمله مصارف آن

  • تصفیه آب‌ها (آب شرب، آب آکواریوم‌ها، آب‎ها صنعتی)، از نظر رنگ و بو و طعم
  • رنگ زدایی از قند و شکر
  • بازیافت طلا
  • به سازی رنگ و طعم در نوشیدنی‌ها و آب میوه‌ها
  • استفاده در دستگاه‌هایی مثل: تصفیه کننده‌های هوا، خوشبو کننده ها، تصفیه کننده های صنعتی و …
  • تولید زغال فعال شده
  • تولید دارو

 

کاربردهای کربن جاکوبی در صنعت آب و فاضلاب

  • برای از بین بردن رنگ
  • حذف ترکیبات کلر دار
  • حذف بو و مزه غیر دلخواه از آب
  • به عنوان پیش تصفیه‌ی RO
  • تصفیه آب‌های معدنی

کربن جاکوبیفیلتر های کربنی

از کربن فعال در صنعت به عنوان رسانه فیلتراسیون برای فیلتر های کربنی استفاده می شود تا بدین طریق مواد ذکر شده در بالا را بتوان از آب حذف کرد.

برای استعلام قیمت، مشاوره و خربد فیلترهای کربنی شرکت زادآب با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.

تولید کربن فعال

  • تهیه کربن فعال از مواد کربنی را اکتیواسیون گویند. و عبارت است از
  • تهیه یک شکل کریستالی ریز از کربن فعال که مقدار بسیار زیادی تخلخل به شکل و اندازه های مختلف دارد.
  • امروزه روش ساده پخت یا کربونیزه کردن مواد انجام می شود.
  • ولی محصولات این روش جوابگوی احتیاجات جامعه صنعتی امروز نیست.
  • به عنوان مثال سطح زغال چوب پودر شده
  • به طور قابل ملاحظه ای کمتر از کربن فعال است( 2-4 مترمربع برگرم در مقابل 300-1000مترمربع برگرم کربن گرانولی).
  • برای مشاوره و استعلام قیمت کربن فعال زادآب با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.

روش های تهیه کربن فعال

  • روش حرارتی
  • روش شیمیایی

روش حرارتی در تهیه کربن فعال

  • در روش حرارتی ابتدا مواد خام خرد شده با یک ماده چسبی مخلوط شده،
  • سپس این مخلوط توسط دستگاه اکسترو در یا دستگاههای مشابه
  • به صورت دانه یا پلیت در می آید. قدم بعدی در این روش کربونیزه کردن است.
  • کربونیزاسیون عبارت است از تشکیل زغال از مواد اولیه. کربونیزاسیون معمولا
  • با گرم کردن در دمای 400-500 درجه سانتی گراد صورت می گیرد.
  • و نتیجه آن دی هیدراسیون و جداسازی مواد فرار است. عمل تکمیلی در این
  • روش، اکسیداسیون می باشد که برای بالا بردن سطح جداسازی و سطح ماده اولیه است.
  • برای اکسیداسیون می توان از دمای بالا استفاده نمود که این فرآیند در دمای
  • 800-1000 درجه سانتی گراد در حضور یک ماده اکسید کننده مناسب انجام می شود.
  • لازم به ذکر هست که مراحل کربونیزاسیون و اکسیداسیون در کوره انجام می شود.

روش شیمیایی در تهیه کربن فعال

  • در این روش ابتدا مواد خام با مواد شیمیایی که دارای اثرات دی هیدراسیون و اکسیدکنندگی هستند مخلوط می شوند.
  • مرحله بعد کلسیناسیون است که در آن گرم کردن در دمای بالا باعث تجزیه هیدرات، کربناتها و دیگر ترکیبات شده
  • و مواد خارج گشته و ساختمان کربن بی شکل می شود
  • و یک ساختمان متخلخل با سطح زیاد ایجاد می شود.

کاربردهای مختلف کربن جاکوبی

  • مصرف در فاز گاز که کربن در این حالت سخت و گرانول است
  • مصرف در فاز مایع که در این حالت کربن به صورت پودر نرم و سبک است

کاربرد کربن فعال در فاز گاز

  • در این حالت از کربن فعال که دارای سطحی بین 1000-2000 مترمربع بر گرم است استفاده می شود.
  • کربن فعال ساخته شده برای آن منظور دارای ذرات بزرگتر و متراکم و مستحکم تری است.
  • خواص مطلوب در جاذب های خوب گازی شامل ظرفیت بالای جذب در واحد حجم، ظرفیت نگهداری بالا،
  • جذب بالاتر حجمی گازها در مجاورت رطوبت، استحکام بالا و رهاسازی مواد جذب شده با افزایش دما و کاهش فشار است.

کاربرد کربن فعال در فاز مایع

حدود 85 درصد کربن فعال تولیدی برای مصارف فاز مایع به شکل پودری می باشد. موارد اصلی استفاده از کربن فعال پودری عبارت است از :

  • جداسازی رنگ، بو، مزه و دیگر ناخالصی ها از محلول
  • بازیافت ماده خاصی از یک محلول

عملیات فاز مایع توسط کربن فعال پودری به صورت منقطع صورت می گیرد.

  • محلولی که باید مورد عملیات قرار گیرد معمولا با مقدار محاسبه شده ای از کربن فعال مخلوط گردیده
  • و در صورت لزوم برای کاهش ویسکوزیته به آن مقداری حرارت داده و حدود 10-60 دقیقه به هم زده می شود
  • پس از تکمیل این عملیات توسط ته نشینی یا فیلتراسیون کربن را از محلول جدا می کنند
  • استفاده از کربن فعال پودری رو به کاهش است
  • به این دلیل که کربن فعال دانه ای دارای مزایایی مانند راحتی حمل و نقل و سهولت در فیلتراسیون است

کربن جاکوبی فعال پودری

  • مطالعات انجام شده در ایالات متحده نشان دهنده این امر است که کربن فعال به صورت پودری یا دانه ای دارای قدرت جذب مواد آلی موجود در آب است.
  • عوامل موثر روی کارایی آن به غلظت کربن فعال، زمان تماس، محل تزریق، نحوه اختلاط و کیفیت آلاینده ها بستگی دارد.
  • بطوریکه لازم است در هر شرایطی به کمک آزمایشات در مقیاس نیمه صنعتی تصمیم گیری نمود در غیر این صورت یا میزان
  • کربن فعال بیشتر از حد لازم به کار می رود که بار مالی اضافی به تصفیه خانه تحمیل می کند یا غلظت آلاینده باقی مانده
  • در حد خطرناکی خواهد بود بطوریکه آفت کش ها و علف کش ها، ترکیبات آروماتیک
  • و حلال های آروماتیک توسط کربن فعال جذب شده و از جریان آب تصفیه خانه خارج می شود.

کربن فعال می تواند

  • از انواع مواد کربنی ساخته شده و برای افزایش خواص جذب آن پردازش شود.
  • برخی از مواد متداول که برای تولید کربن فعال استفاده می شود ، ذغال قیر ، استخوان ، پوسته نارگیل ، لیگنیت ، ذغال سنگ نارس ، پوسته اسپند ،
  • بقایای پایه نفتی ، خاکستر سیاه آسیاب تفاله ، شکر ، لجن تصفیه فاضلاب و چوب است (وبر ، 1972). همانطور که در مورد هر فرآیند تولید صادق است ،
  • کیفیت محصول نهایی تحت تأثیر ماده اولیه است. در گذشته کربن های فعال شده ای که برای کاربردهای صنعتی مورد استفاده
  • قرار می گرفتند معمولاً از چوب ، ذغال سنگ نارس و سایر مشتقات سبزیجات تولید می شدند.
  • امروزه لیگنیت ، ذغال سنگ طبیعی و کک به دلیل در دسترس بودن و قیمت جذاب ، بیشترین استفاده از کربن فعال را دارند.

ساختار شیمیایی کربن جاکوبی فعال

  • فضای داخلی کربن فعال دارای ساختار بلوری و ساختار منافذ است
  • و سطح کربن فعال نیز دارای ساختار شیمیایی است
  • عملکرد جذب کربن فعال نه تنها به ساختار فیزیکی (منافذ) کربن فعال بلکه به ساختار شیمیایی سطح کربن فعال نیز بستگی دارد
  • در تهیه کربن فعال ، پیوند شیمیایی لبه ورق معطر شکل گرفته در مرحله کربن زنی شکسته شده و یک اتم کربن لبه با الکترونهای جفت نشده ایجاد می کند
  • این اتمهای حاشیه کربن دارای پیوندهای شیمیایی اشباع نشده هستند
  • و می توانند با اتمهای هتروسیکل مانند اکسیژن ، هیدروژن ، نیتروژن و گوگرد واکنش دهند و گروههای مختلف سطحی را تشکیل دهند
  • حضور این گروه های سطحی بدون شک بر خصوصیات جذب کربن فعال تأثیر می گذارد
  • گروه های سطحی کربن فعال اسیدی ، قلیایی و خنثی هستند.
  • لیو مینگکسوان تأسیس کرد که کربونیل ، کربوکسیل ، لاکتون ، هیدروکسیل ،
  • اتر ، فنول و غیره وجود دارد که می تواند باعث جذب مواد قلیایی توسط کربن فعال شود
  • گروههای اساسی سطح اصلی عمدتا حاوی کتونهای حلقوی و مشتقات آنها هستند که می توانند جذب مواد اسیدی را روی کربن فعال تقویت کنند

موادی که با کربن فعال حذف می شوند

حذف رنگ و بوی الکل با کربن جاکوبی

  • کربن فعال دارای خصوصیاتی است که می توان از آن برای حذف رنگ و بوی الکل استفاده نمود.
  • امروزه به دلیل شیوع بیماری کرونا و افزایش سطح تولیدات کارخانه های الکل سازی
  • و همچنین تولید الکل خانگی برای ضد عفونی دستها و سطوح و از بین بردن ویروس کرونا
  • نیاز به کربن فعال به از بین بردن بوی نامطبوع الکل و نیز رنگ ایجاد شده در فرایند تولید الکل بیش از پیش به چشم می خورد.

حذف تری هالو متان با کربن فعال

  • حضور THM(مثل کلروفرم) دریک آب معمولا نتیجه واکنش های شیمیایی بین کلر آزاد و ترکیبات آلی ناچیز در یک آب است
  • تری هالومتان ها توانایی ایجاد سرطان را دارند همچنین ورود آن ها به عنوان تهدید در فرآیند های صنعتی تلقی می شود.

حذف نیترات

  • نیترات و به طور کلی نیتروژن یکی از مهم ترین عناصر مورد نیاز گیاهان است
  • که در بسیاری از کود های شیمیایی که به خاک ها اضافه می شوند نیز وجود دارند.
  • نیتروژن باید به صورت نیترات جذب خاک ها شود لذا نیترات به این صورت وارد خاک ها و سپس آب می شود.
  • نیترات می تواند مشکلاتی را در بدن انسان به وجود آورد
  • که یکی از آنها بیماری کودک آبی به دلیل کمبود اکسیژن است.
  • نیترات یکی از موادی است که بوسیله کربن فعال درفیلتر های کربنی حذف می شود.